一组研究人员合作表征了锌黄锡矿薄膜太阳能电池光吸收层中的电子-空穴分离。这项研究有望提高太阳能电池的效率并促进绿色能源的使用。该研究发表在《碳能源》杂志上。

太阳能电池作为一种通过将太阳光能转化为电能来发电的装置。因其环保且可以利用无限的太阳能资源而作为下一个能源而受到关注。尤其是铜、锌、锡等材料制成的黄锡矿薄膜太阳能电池，具有资源平衡、成本效益高等优点。尽管到目前为止已经进行了研究，但黄锡锌薄膜太阳能电池的效率仍然相对较低。

Kesterite 薄膜太阳能电池吸收太阳光产生电子和空穴，电子和空穴再次相互结合发电。但在这个过程中，也会有损失发生。为了解决这个问题，确定导致电子和空穴快速分离的电子-空穴分离的性质非常重要。

在此背景下，本研究使用扫描探针显微镜来表征光吸收层中晶体内部和晶体之间界面处的电子-空穴分离。研究小组研究了光吸收层的结构特性和电子空穴分离效率。最重要的是，他们详细分析了晶体内部和界面处的不同能级如何影响电子空穴分离。

DGIST能源与环境技术部门的Kee-jeong Yang、Dae-hwan Kim和Jin-gyu Kang等研究小组表示，表面和附近的晶体界面的能级较高。 -薄膜太阳能电池光吸收层的表面积，电子在晶体内部移动，使得晶体中的流动在电流中占主导地位。然而，光吸收层内部出现相反的行为。在这种情况下，晶体界面处的缺陷可能会导致电子-空穴复合损失。

研究小组提出，在晶体之间的界面处均匀地形成比晶体内能级更高的光吸收层对于提高黄锡锌矿薄膜太阳能电池的效率非常重要;为此可以利用适当的元素掺杂。

能源与环境技术部高级研究员 Kee-jeong Yang 表示：“虽然原子力显微镜迄今为止在太阳能电池研究领域仅限于光吸收层表面，但这项研究具有重要意义，因为它表明可用于分析整个光吸收层的方法及其结果。

“这项研究中使用的原子力显微镜方法有望为理解载流子行为的本质提供指导，不仅在薄膜太阳能电池中，而且在许多其他应用中。”